Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Nghiên cứu chế độ thủy lực chọn bể tiêu năng cho tràn xả lũ hạ Sê San 2

Nghiên cứu chế độ thuỷ lực nổi tiếp thượng hạ lưu dé nắm rõ tinh hình làm việc của ban thân công trình, hạn chế tôi đa ảnh hưởng của dòng chảy và chọn hình thức kết cấu cũng như giải phá

Luận văn thạc sĩ chuyên nghành công trình thuỷ lợi với đề tài “Nghiên cứu chế độ thuỷ lực chọn bề tiêu năng cho tràn xả lũ hạ Sé San 2” được hoàn

thành với sự cô gang nỗ lực của bản thân cùng với sự giúp đỡ nhiệt tình của

Phòng đào tạo đại học & sau Đại học, Khoa Công trình, các thầy cô giao

trường Đại học Thuỷ Lợi Ban lãnh đạo Trung tâm nghiên cứu thủy lực và các

Phòng ban khác của Phòng thí nghiệm trọng điểm Quốc gia về động lực học Sông Biển — Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam Ban lãnh đạo và các Phòng

chức năng, của Công ty TNHH MTV Đầu tư phát triển Thuỷ lợi Sông Nhuệ

đã tạo mọi điều kiện và động viên giúp đỡ về mọi mặt Tác giả xIn chân thành

cảm ơn các cơ quan, đơn vi va cá nhân nói trên.

Đặc biệt, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn

PGS TS Trần Quốc Thưởng đã trực tiếp hướng dẫn chỉ bảo tận tình trong

suốt thời gian thực hiện luận văn.

Sự thành công của luận văn gắn liền với quá trình giúp đỡ, động viên cổ

vũ của gia đình, bạn bè và đồng nghiệp Tác giả xin chân thành cảm ơn.

Trong khuôn khổ luận văn thạc sĩ, do điều kiện thời gian có hạn nên không thể tránh khỏi những khiếm khuyết, rất mong nhận được ý kiến đóng

góp quý báu của các thầy cô giáo, các anh chị và bạn bè đồng nghiệp.

Hà Nội, ngày tháng năm 2013

TÁC GIÁ

Hoàng Quốc Đạt

Hoe viên lớp: CHI8CL

Đề tải luận văn cao học: ‘Nghién cứu chế độ thuỷ lực chọn bể tiêu

năng cho tràn xả lũ hạ Sẽ San 2° được Trường Đại học Thủy lợi Hà Nội

giao cho học viên Hoàng Quốc Đạt dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Trần.Quốc Thưởng đến nay luận văn đã hoàn thành

Tôi xin cam đoan với Khoa Công trình và Phòng Đảo tạo đại học và sauđại học trường Đại học Thủy lợi dé tải nghiên cứu này là công trình của cánhân tôi

Hà Nội, ngày — thắng — năm 2013

“Tác giả luận văn.

Hoàng Quốc Đạt

PHAN MO ĐẦU

CHƯƠNG I TONG QUAN VE TRAN XA LŨ

1.1, TONG QUAN TINH HÌNH XÂY DUNG TRAN XA LU Ở VIỆT NAM

VA TREN THE GIỚI §1.2 TONG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VE TIÊU NANG 7

1.2.1 Khái quất chung 71.2.2 Một số kết quá nghiên cứu ở nước ngoài 8

1.2.3 Một số kết quả nghiên cứu ở Việt Nam 10

1.2.4 Các loại đập tràn và tiêu năng hạ lưu "

13 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN LÝ THUET VE TIÊU NANGDAY 2B 1.3.1 Phương pháp lý luận 2 1.3.2 Phương pháp thực nghiệm mô hình 23 1.3.3 Phương pháp nghiên cứu trên nguyên hình ”

1.4 MOT SO GIẢI PHÁP TIÊU NANG DAY, 25

1.4.1 Xác định lưu lượng tính toán tiêu năng 28

1.4.2 Xác định hình thức nối tiếp chảy đáy 251.5, NHẬN XÉT CHUNG 28CHUONG II, TÍNH TOÁN BÉ TIÊU NANG TRAN HẠ SE SAN 2 30

2.1 GIGI THIỆU SƠ LƯỢC VE CÔNG TRÌNH HA SE SAN 2 302.1.1 Khái quát chung về công trình Hạ Sé San 2 302.1.2 Đập trân nước 31

2.2 TINH TOÁN XÁC ĐỊNH BE TIÊU, NANO 31

2.2.1 Các số liệu ban đầu 31 2.2.2 Nang lực xa của đập tràn 3

3.1 LÝ THUYET TƯƠNG TU VA CÁC TIÊU CHUAN AP DỤNG 403.2 THIET KE VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH 413.2.1 Thiết kế mô hình eseeensssserreeensaaooo.đT

3.2.2 Xây dựng mô hình 43 3.2.3 Bồ trí thiết bị do 43.2.4 Bồ trí mặt cắt đo đạc trên 45

3.3 THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH 413.3.1 Kết quả thi nghiệm phương án tinh toán thiết kể, 41

1 Đánh giá kết quả nghiên cứu 66

2 Tồn tại và hạn chế 67

Hình 1-2: Các dang tiêu năng ở hạ lưu đập tràn 19 Hinh 1-3: Giải pháp tiêu năng đáy ở hạ lưu công trình tháo nước 25 _Hình 2-1: Sơ đỗ tỉnh toán tiêu năng hạ lưu đập tràn 3 Hình 2-2: Sơ đồ tính toán tiêu năng hạ lưu đập tran sau khi rút ngắn bé tiêu

năng, 39

Hình 3-1: Mô hình tổng thé thủy lực tràn xã lũ Hạ San 2 42

Hình 3.2: Mặt bằng tổng thể bồ trí vị trí mat cất đo 46Hình 3-3: Mô hình tổng thé trin khi chưa có tường biên bên phải.

Hinh 3-4: Mô hình tổng thé thủy lực tràn khi chưa có tường biên xuất hiện dòng

vật phía bên phải tràn — — soe AB Hình 3-5: Mô hình tổng thé thủy lực với trường hợp tường biên bên phải 58Hình 3-6: Chế độ thủy lực nồi tiếp thượng hạ lưu trần với trường hop tường biênbên phải 5g

Bang 2-1: Bảng quan hệ mực nước thượng lưu và lưu lượng xả tổng.

Bang 2-2: Độ sâu dong chảy tại cửa vào bé tiêu nang,

Bang 2-3: Kết quả tính toán lưu lượng tiêu năng

Bang 2-4: Kết quả tính chiều sâu đảo bể tiêu năng

Bang 2-5: Kết quả tính chiều dai bể tiêu năng,

Bảng 2-6: Thông số bể tiêu năng sau trân

Bang 3-1: Bang quan hệ tỷ 1g của các mô hình

Bảng 3.2: Các cấp lưu lượng thí nghiệm

Bảng 3-18: Xác định hiệu quả tiêu năng.

Bảng 3-19: Xác định các thông số tiêu năng

Bang 3.20: Các cấp lưu lượng thí nghiệm

Bảng 3-36: Xác định các thông số tiêu năng

Bang 3.37: Các cấp lưu lượng thí nghiệm

Bang 3.40: Kết qua so sánh các yếu tổ nước nháy

Bang 3.41: Kết quả so sánh phân bố lưu tốc tai bể tiêu năng

Bang 3.42: Kết quả so sánh các yếu tổ nước nhảy

Bang 3.43: Kết quả so sánh phân bố lưu tốc tại bể tiêu năng

37 37

4B

47

SI 52 53

56 57

61 2 62

Công trình tháo là bộ phận quan trọng trong đầu mối các công trình thuỷ

lợi, thuỷ điện Loại công tinh này rat phong phú về thé loại và đa dạng vẻ hình

thức kết cấu Nghiên cứu các yêu tổ vẻ công trình, tinh hình làm việc của bản

thân công trình, sự ảnh hưởng qua lại của các yếu tổ công trình và dòng chảy.tới sự làm việc và an toàn cho công trình là vấn để khoa học và có tính thực

tiễn cao, sự an toàn của công trình còn gắn liền với an toàn của khu vực hạ du

"Trong các công trình tháo nước ở Việt Nam, đập trin chiếm một tỷ lệ khálớn và khi có điều kiện sử dụng thì đây là một loại công trình tháo rẻ nhất Khi

dong chảy đỗ từ thượng lưu về ha lưu động năng thừa của dòng chảy là rat lớn

và cổ thể gây ra x6i 16 và lâm mắt ôn định công tình, do đồ rất cần thiết phải

có biện pháp tiêu năng trước khi dong chảy nối tiếp với hạ lưu Nổi tiếp tiêunăng sau công trình có nhiều hình thức khác nhau, trong đó dạng nối tiếp chảy

đây với hình thức tiêu năng đáy được sử dụng rộng rải và chiếm một ty lệ lớntrong xây dựng công trình thuỷ lợi Nghiên cứu chế độ thuỷ lực nổi tiếp thượng

hạ lưu dé nắm rõ tinh hình làm việc của ban thân công trình, hạn chế tôi đa ảnh

hưởng của dòng chảy và chọn hình thức kết cấu cũng như giải pháp tiêu năng.hợp lý là vấn đề khoa học có ý nghĩa thực tiến cao và rất quan trọng Do đó,trong thiết kế công trình thuỷ lợi, giải quyết tốt vấn dé nối tiếp tiêu năng sau.công trình là một trong những vấn dé phải được quan tâm hing đầu

‘Van đề tính toán nối tiếp và tiêu năng của công trình tháo nước rit phútap vì nó liên quan đến ánh hưởng của chế độ dòng chảy từ thượng lưu: đồng

xiết, ham khí, mạch động áp xuất vả mạch động lưu tốc lớn.v.v Mặt khác, vềmặt hình thức và kết cấu công trình lại phụ thuộc rất nhiều đến các yếu tổnhư: điều kiện địa hình, địa chất tuyến công trình, độ chênh lệch mức nước

thiện phương án thiết kế, người ta thường thông qua nghiên cứu thực nghiệm.trên mô hình thuỷ lực để tìm ra chế độ thủy lực và giải pháp tiêu năng hợp lýnhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc kiểm soát quá trình diễn bi dong chảy,

qua công trình cũng như thiết lập quy trình vận hành tối ưu cho việc quản lý,

xử dụng công trình.

Kinh phí để xây dựng

kế (từ 20:50 tông vốn đầu tu) Khi đó, việc

ông trình tháo nước thường chiếm một tỷ lệ đáng

kiếm các gi pháp công trìnhhợp lý để thoả mãn các nhiệm vụ đã dé ra và giảm được khối lượng đào đắp, xây

đúc trong điều kiện công trình làm việc an toàn có ý nghĩa kinh tế rắt lớn,

Một vấn dé nữa cũng cần phải dé cập tới là từng công trình lại có đặcđiểm làm việc, điều kiện địa hình, ding chảy riêng nên phải có biện pháp

thích hợp tương ứng.

Tóm lại, nghiêm cứu chế độ thuỷ lực chọn bể tiêu năng cho công trình

tháo nước là vấn đề rất quan trọng, việc nghiên cứu giải quyết tiêu năng cho.dong chảy qua công trinh là rất cần thiết và có ý nghĩa về mặt khoa học cũngnhư thực tiễn trong công tác thiết kế, xây dựng công trình

Với tit cả những lý do kể trên, tác giả đã chọn dé tài: “Nghién cứu chế độithuỷ lực chọn bề tiêu năng cho tràn xả lũ hạ Sẽ San 2” nhằm tim ra được hình

thức kết u tiêu năng hợp lý cho công trình Hạ Sẽ San 2 Từ kết quả nghiên cứu công trình cụ thể này có thể rút ra những kết luận chung cho những công trình có điều kiện và hình thức tương tự.

= Tính toán lý thuyết

~ Lựa chọn phương án nghiên cứu thực nghiệm.

~ Thí nghiệm các phương án lựa chọn

~ Tổng hợp, phân tích các phương án tính toán lý thuyết và thí nghiệm,

đưa ra hình thức kết cấu tiêu năng hợp lý cho công trình góp phần giảm nhẹ

ing và phòng chống xói lở ở hạ lưu.

2, Mục tiêu:

~ Nêu được các đặc điểm cơ bản của nồi tiếp va tiêu năng sau đập trần.

~ Tim được sự ảnh hưởng của hình thức kết cấu bể tiêu năng tới dong,chảy ở hạ lưu thông qua công trình cụ thể là đập trin Hg Sê San 2 để lựa chọnđược hình thức kết cấu tiêu năng hợp lý

- Bước đầu khái quát những kết quả nghiên cứu nhằm rút ra những kếtluận chung để có thé áp dụng cho những công trình có hình thức và điều kiện

tương tự.

IIL Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu cho công trình cụ thể là đập tràn Hạ Sê San 2 mà ở đây chủ

yếu đi sâu vào hai nội dung sau:

- Nghiên cứu thực nghiệm ứng dụng hình thức bể tiêu năng vào công,trình để so sánh với lý thuyết tỉnh toán góp phần giảm nhẹ kết cấu tiêu năng

và giảm xói lở ở hạ lưu công trình.

~ Thông qua nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình đưa ra

năng hợp lý cho công trình

nghiệm để đi đến những luận cứ khoa học và các để xuất áp dụng Phương.

pháp nghiên cứu là

~ Phương pháp nghiên cứu lý luận là tổng hợp và phân tích các kết quá

nghiên cứu của các nhà khoa học có liên quan đến dé tai đã được công bố,phân tích và tính toán lý thuyết vấn đề nghiên cứu, kết hợp với nghiên cứu

thực nghiệm.

V, Kết cấu luận văn

Bồ cục của luận văn như sau:

Mỡ đầu: Đặt van dé, mục tiêu, nhiệm vụ, nội dung, phạm nghiên cứu

và phương pháp nghiên cứu.

Chương I: — Tổng quan về tràn xả lũ

Chương II: Tinh toán bể tiêu năng tran xả lũ Hạ Sẽ San 2

Chương II: So sánh kết quả tính toán lý thuyết

và kết quả thí nghiệm mô hình thuỷ lực

Chương IV: Kết luận và kiến nghị

= Những kết quả đạt được của luận văn.

= Những tổn tại của |

~ Kiến nghị

Các tài liệu tham khảo

Phụ lục

1,1 TONG QUAN TINH HÌNH XÂY DỰNG TRAN XA LŨ

'Ở VIỆT NAM VA TREN THE GIỚI

"Trong đầu mối công trình thuỷ lợi, công trình thao là một bộ phận quantrọng, nó có thé dùng để tháo phần nước lũ thừa trong thời gian hồ đầy đến.mực nước tính toán hoặc kết cấu tháo vật nôi về hạ lưu, có thể dùng dé tháo

hoàn toàn hoặc một phần hồ chứa để sửa chữa hoặc nạo vét và cấp nước cho

hạ lưu công trình

Các công trình thio đã xây dựng ở nước ta tương đối phong phú về thểloại và da dạng về hình thức kết cấu Trong những năm gin đây, đặc biệt từnăm 2002, ở nước ta đã dang và sẽ triển khai thiết kế và xây dựng nhiều côngtrình thuỷ lợi, thuỷ điện, trong đó nhiều công trình có hỗ chứa và công trình

an 3, Na

xả lũ có quy mô lớn Có thé nêu ra một số dự án như thuỷ điện S

Hang (Tuyên Quang), Rao Quán (Quảng Tri), Plêikrông, Sẽ San 3A, Sẽ San

4, A Vương, Buôn Kướp, Đại Ninh, Sérép6k, Buôn Tua Sa, Bản Vẽ, Sông Ba

Ha, An Khé-Ka Nac, Đồng Nai 3, Đồng Nai 4, Sông Tranh 2, Ban Chat, Huội.Quảng, Son La, Cửa Đạt, Bắc Hà Đây là những công trình có quy mô hỗ

chứa có dung tích từ hàng triệu cho đến hàng chục ty m3 nước, khả năng tháo

của công trình xa nước cũng từ hàng ngàn cho đến vài chục ngần m3/s Có thể

nói trong khoảng gin 20 năm trở lại đây, tốc độ xây dựng các đập cao, hồchứa lớn phát triển nhanh Chúng ta đã nhanh chóng áp dụng thành côngnhững công nghệ thiết ké, thi công tiên tiễn của thể giới đẻ xây dựng các công

trình đầu mỗi ở Việt Nam như đập đá đỗ bản mặt bê tông (CFRD), đập bêtông dim lăn (RCC), đập bê tông truyền thống (CVC) khối

tục Trong số đó có những đập đã được đưa vào vận hành an toàn, về đập đá

lớn cấp phối liên

Plêikrông Trước đó, chúng ta cũng đã xây dựng một số đập,

Hoa Bình, Thác Ba, Trị An, Thác Mơ, laly, Sông Hinh, Vĩnh Sơn, Diu Tiếng,

A Yun Ha, Phú Ninh Phủ hợp với di

của từng công trình mà đã thiết kế nhiều dạng công trình tháo lũ khác nhau

lỗ chứa lớn như

kiện địa hình, địa chất, thuỷ văn

trong tổng thể bố trí công trình, bao gồm cả tràn xả mặt sông (Sẽ San 3, Sê

San 3A, Sẽ San 4, Plêikrông, A Vương, Bản Chat, Huội Quảng, ), xả mặtkết hợp với xa sâu (Hoa Bình, Sơn La, Tuyên Quang), đường trin dọc (laly,Sông Hinh, Hàm Thuận-Đa Mi, Tuyên Quang, Rao Quán, Đại Ninh )

'Về hình thức tiêu năng sau công trình tháo nước, thường có 3 dạng tiêu

năng được áp dụng:

Tiêu năng đáy: Đặc điểm tiêu năng bằng dòng day là lợi dụng sức cản

nội bộ của nước nhảy Có thể áp dụng kiểu bổ, hay tường + bể kết hợp Biện pháp tiêu năng đáy thường được áp dụng cho các công trình vừa và nhỏ, mực

nước hạ lưu tương đối lớn, địa chất nên công trình thường là đá yếu (Trị An,

A Lưới, ) Loại hình nay đảm bảo tiêu tán hết năng lượng dư nhưng đòi hỏikhối lượng xây lắp khá lớn, giá thành cao, đặc biệt đối với các công trình có

quy mô lớn.

Tiêu năng mit: Dang chảy hình thức tiêu năng này ở trạng thái chảy mặt, chỉ sau khi mở rộng hoàn toàn mới đạt đến đáy Nhìn chung, với chế độ chảymặt ở hạ lưu tạo thành sóng giảm dần làm xéi lỡ ở ving này Thường độngnăng thửa phân tán trên một chiều dai lớn hơn so với chế độ chảy đáy Chế độ

chảy mặt có thé áp dụng trong trường hợp nên đá, khi không cần gia cổ hạ lưu.hay giảm chiều dai gia cố, mực nước ha lưu cao và thay đổi it

Đặc điểm nổi bật của công trình tháo nước là khi dòng chảy đổ tirthượng lưu qua công trình về hạ lưu, nguồn năng lượng của dòng chảy khá.lớn sẽ tạo ra chế độ thuỷ lực nối tiếp phức tạp, ảnh hưởng trực tiếp đến ổn

định của công trình,

Đặc tính thuỷ lực cơ bản của ding chảy qua công trình tháo là êm ở thượng lưu (Fr < 1); chảy xiết trên đoạn chuyển tếp (Fr > 1) và dần trở lại trạng thái tự nhiên sau khi chảy vào sông thiên nhiên

Động năng thừa của đồng chảy đỗ từ thượng lưu qua công trình xuống

hạ lưu là rất lớn nên cần thiết phải giải quyết tiêu năng trước khi dòng chảy:nổi tiếp về hạ lưu Nguyên tắc của các giải pháp nồi tiếp tiêu năng là phải tìm

được biện pháp tiêu hao được năng lượng thừa của dòng chảy tới mức tối da,điều chỉnh lại sự phân bộ vận tốc, làm giảm mạch động để cho dòng chảy trở

vỀ trang thải tự nhiên của nó trên một đoạn ngắn nhất, giảm khối lượng gia cổ

nhưng vẫn bảo vệ được cho công trình đầu mối, cho hai bờ, lòng dẫn hạ lưu

và phải đảm bảo sự ôn định trong những điều kiện thuỷ lực tương ứng với cáccấp lưu lượng xả qua công trình

Một trong những nhiệm vụ chính của thiết kế nối tiếp thượng hạ lưu lànghiên cứu chế độ thuỷ lực chọn kết cấu và xác định các thông số của giải

pháp tiêu năng trên cơ sở tính toán và nghiên cứu mô hình thuỷ lực

trình nối tiếp tiêu năng Giải quyết đúng đắn nhiệm vụ nay là vấn để

tạp vì nó liên quan đến ảnh hưởng của chế độ dòng chảy từ thượng lưu lantruyền xuống và ảnh hưởng đến hạ lưu bao gồm các vấn đề: dòng xiết, hàm.khí, mạch động áp suất và mạch động lưu tốc lớn Đặc điểm của những chế độ.nối tiếp và điều kiện phát sinh, tương tác giữa các dòng chảy với công trình

trình, độ chênh mực nước thượng hạ lưu, đặc điểm.

và sự phân bồ lưu lượng đơn vị qua công trình.v.v

.2.2 Một số kết quả nghiên cứu ở nước ngoài

Bai toán về nồi tiếp và tiêu năng dòng chảy qua công trình đã được cácnhà khoa học trong nước và trên thể giới quan tâm nghiên cứu, đưa ra các lời

giải trên các lĩnh vực và khía cạnh khác nhau.

* Các vấn đề nối tiếp chảy đáy ở hạ lưu theo phương pháp

thể kể đến Bidone năm 1880, Belanger năm 1928 và gin đây là N Ragiaratman với công thức tính chiều sâu liên hiệp của nước nhảy phân giới:

* Theo phương pháp thực nghiệm, dựa trên phương trình năng lượng và động năng có nhiều tác giả đã tiến hành thí nghiệm để tìm ra các hệ thức tínhtoán nước nhảy và từ đó tính dạng nối tiếp giữa dòng xả và dòng chảy hạ lưu

~ Tréc tou xốp sử dụng hệ thức nước nhảy của Belanger và phương trình.

năng lượng để xác định độ sâu co hẹp tại chân đập và độ sâu liên hiệp của nó;

~ Giáo sư A-grỗt-Skin đã lập các phương trình tính toán nước nhảy theo dạng không thứ nguyên:

- Ngoài ra có thể kể đến các tác giả như: Aivadian, Pavơlôpxki,

V.LAvrinnhayry, V.A.Saomian có nhiều nghiên cứu về vấn dé nước nhảy;

- Nghiên cứu về nhảy ngập trong bài toán phẳng có: T Bunsu, AnRakhomandp, N.Rangiatman,v.v

~ Đối với những trường hợp nước nhảy không gian thì khi mở rộng đột

ngột có nhiều nhà nghiên cứu như: Picalôp, Abơranôp đã đưa ra sơ đồ nước.nhảy hoàn chinh dang đối xứng Các nhà khoa học như Linhxepxki, Guncô,

nghiên cứu nồi tiếp dòng xiết và dỏng êm ở hạ lưu công trình với điều kiến.

biên mở của các tác giả như: Q.F Vaxiliep, M.E.Clatnhep.

- Khi nhảy ngập trong điều kiện không gian với lòng dẫn mở rộng dẫn

trong khu vực nối tiếp nhiều tác giả như: Ra-khơ-ma-nốp, T.D.Prô-v a,

* Trong trường hợp bậc thấp có đập thut nối tiếp: có các kết quả nghiên

cứu của Forter và Krinde, Moore và Morgan, Ventechow Yames và Sharp.

* Các nói tiếp chảy mặt ở hạ lưu công trình có thé ké đền:

~ Các nghiên cứu của A.A Xabanhep xuất phát từ quan điểm cho rằng áp suất

ở bậc tuân theo quy luật thuỷ tinh để di đến các hệ thức tính toán thuỷ lực ở sau bậc

- Ngoài ra có thé kế đến các nghiên cứu của M.F Scolanhep, M.A.

Makhlop về trang thái nối tiếp chảy mặt

* Các vin dé nối tiếp chảy mặt dang dòng phun tự do ở hạ lưu công trìnhthực chất là việc tính toán chiều sâu hỗ xói với các nghiên cứu của TE.Mirtxkhulava đối với nén dat không dính và của T.Kh Akhơ-me-đốp với nên

đã rắn, các nghiên cứu của BM Sievascvili về nối tiếp với sự hợp nhau của

hai đồng phun tự do.

* Các vấn đề nói tiếp theo dạng xả kết hợp ở hạ lưu công trình có thể kếđến các nghiên cứu của B.M Sievasvili

* Các nghiên cứu về thuỷ lực và bi pháp công trình trong đoạn chuyển

tiếp còn có thể kể đến các tác giả như:

- Về lêu năng trong bé, các ảnh hướng liên quan của mực nước hạ lưu,

ngưỡng, bé tiêu năng đầu hồ xói đã được chi ra trong các nghiên cứu của:Tréc tou xốp, Smetana, Bá Kirova, Ughin trut, P Novak

~ Vé xói hạ lưu có các tác giả như: Ter-Arakelian, Chalumina, Vuzgo.

~ Cu min đã nghiên cứu rit ky sự phân bổ lưu tốc trong vùng chuyển tiếpthông số đặc trưng œ

= Vấn đề mạch động trong và sau nước nhảy đã được chỉ ra trong các

nghiên cứu của Lê Vi.

~ Vấn dé xói: Grund đã ra những cấu trúc đặc biệt bên trong nước nhảyliên qua đến bài toán xói bằng cách khái quát trường lưu tốc bằng ba miền tương

hỗ lẫn nhau

- Liên quan đến chiều sâu xói én định đã có các tác gid như: VuZgo, Schoklitsch, Vernonese, Jaeger, Patre ev, Eggenberger, Smolianninov.

~ Chiều dai x6i én định có nghiên cứu của Damamzin, Patrasev, Yuricki

theo quan điểm chiều dài hồ xói liên quan đến độ sâu lớn nhất của hồ xói

= Levi, Vuzgo lại xác định chiều dai xói phụ thuộc vào các yếu tốdong chảy và công trình như: dòng chảy, dat nền, dạng công trình

1.2.3 Một số kết quả nghiên cứu ở Việt Nam

6 Việt Nam, trong mấy thập ky gần đây, vấn đề nghiên cứu chế độ thuỷ

lực và chọn bé tiêu năng chồng xói ở hạ lưu công trình thuỷ lợi nói chung đãthu hút được sự quan tim đặc biệt của các nhà nghiên cứu, thiết kế và quản lý

công trình thuỷ lợi Đã có nhiễu công trình nghiên cứu tại Viên khoa học Thuỷlợi (các tác giả: Trương Đình Dụ, Trần Đình Hợi, Hàn Quốc Trinh, Trần Quốc

Thudng ), Trường Đại học Thuy lợi (các tác giả: Hoàng Tư An, Nguyễn VănMạo, Phạm Ngọc Quý ) Viện khoa học Thuỷ lợi Nam bộ (các tác giả: Nguyễn

Ân Niên, Trần Như Hồi, Tăng Đức Thắng) và nhiều nhà chuyên môn khác

Một s tác giả Vi Nam đã có cùng hướng nghiên cứu với các t giả

trên thé giới để có những kết luận của riêng mình nhưng cũng có những tác

giả đi theo những hướng nghiên cứu riêng phù hợp với tỉnh hình thực

Việt Nam Có thể tôm tắt một số kết quả nghiên cứu sau:

~ Các nghiên cứu của Nguyễn Văn Đặng dùng lý thuyết lớp biên đểthành lập phương trình về nước nhảy én định

~ Nguyên cứu của Lê Bá Sơn về các vấn dé nối tiếp theo dạng xả kết hợp

ở hạ lưu công trình.

~ Nguyên cứu của Võ Xuân Minh về ảnh hưởng liên quan của mực nước.

hạ lưu, ngưỡng, bé tiêu năng đầu hồ xói

~ Nguyên cứu của Võ Xuân Minh, Hoàng Văn Quý về góc mỡ rộng ƒ và một số biện pháp phân bé đều lưu lượng và từ đó tìm ra biện pháp công trìnhhợp lý để giải quyết bai toán tiêu năng khi có nhảy ngập trong điều kiện

không gian với lòng dẫn mớ rộng dẫn.

- Các nghiên cứu của Hoàng Tư An, Phạm Ngọc Quý và một số ngườikhác về xói và ôn định ở hạ lưu công trình tháo nước

1.2.4 Các loại đập tràn và tiêu năng hạ lưu

1 Các loại đập tràn

'Về kết cầu đập tran rất khác nhau, đập tràn có thể phân loại theo các tiêu

chuẩn sau:

~ Phân loại theo chiều diy đỉnh đập và hình dạng mặt cắt ngang của dip

tràn Theo cách này, đập tran có thé phân lim 3 loại sau:

+ Đập tràn thành mỏng (hình 1-1a) khi chiều day của đỉnh đập ö< 0.67H,

làn nước ngay sau khi qua mép thượng lưu của đỉnh đập thi tách rời khỏi đỉnh đập, không trạm vào toàn bộ mặt đỉnh đập, do đó hình dạng và chiều dày của đập không ảnh hưởng đến làn nước trin va lưu lượng tràn.

+ Đập trần có mặt cắt thực dụng (hình I-1b, 1-1e) khi 0.67H<8<(2+3)H,

chiều dày đập đã ảnh hưởng đến làn nước nhưng không quá lớn, loại này mặt

đập có thể là hình đa giác hoặc hình cong và có hai loại: có chân không và không chân không,

Đổi với đập tràn thực dụng không chân không (hình I-]b), dòng chảy

trên đập sẽ êm, áp suất dọc mặt đập luôn luôn dương Với đập thực dụng cómặt cắt chân không (hình 1-1), ở đỉnh đập có áp lực chân không, lúc chân

không lớn có thé sinh ra hiện tượng khí thực, tuy nhiên chân không trên đỉnh

đập có tác dụng hút, làm tăng lưu lượng Do đó để rút ngắn được chiều rộng

đập và đảm bảo an toàn người ta không cho phép trị số chân không quá lớn,thường Hek < (6:6.5)m cộ nước.

+ Đập tràn đỉnh rộng (hình 1-14) khi đỉnh đập nan ngang (hoặc rất đốc)

và có chiều diy tương đối lớn (23)H < 8 < (8*10)H, trên đỉnh đập hình

thành một đoạn dòng chảy có tinh chất thay đôi dần Nếu ö > (810)H lúc đócoi dòng chảy trên đỉnh đập như một đoạn kênh.

~ Phan loại theo hình dang cửa tran gồm có:

+ Đập tràn cửa chữ nhật

+ Đập trin của hình tam giác.

+ Đập trin cửa hình thang.

+ Đập trin cửa hình cong.

~ Theo hình dạng tuyến đập tràn trên mặt bằng:

+ Đập thẳng

+ Đập cong, thường là hình cung.

+ Dap kiểu giếng, có đường tràn nước là hình cong kín, thường là tròn

~ Theo hưởng của đập so với hướng ding chảy c

+ Đập thẳng góc với dòng chảy

+ Đập đặt xiên

+ Đập bên đặt một bên bis song song với dòng chính.

Trong những năm gin đây, đặc biệt từ năm 2002, ở nước ta đang triểnkhai thiết ké và xây dựng, nhiều công trình thuỷ lợi, thuỷ điện, trong đó nhiều

công trình có hỗ chứa và công trình xa lũ có quy mô lớn Có thé nêu ra một số

dự án như thuỷ điện Sẽ San 3, Na Hang (Tuyên Quang), Rảo Quán (Quảng Trị), Plêikrông, Sẽ San 3A, Sẽ San 4, A Vương, Buôn Kướp, Đại Ninh,

SérépOk, Buôn Tua Sa, Bản Vẽ, Sông Ba Hạ, An Khé-Ka Nac, Đồng Nai 3,

Đồng Nai 4, Sông Tranh 2, Bản Chát, Huội Quảng, Sơn La, Cửa Đạt, Bắc Hà, Đây là những công trình có quy mô hỗ chứa có dung tích từ hàng triệucho đến hàng chục tỷ m3 nước, khả năng tháo của công trình xả nước cũng tir

hàng ngàn cho đến vài chục ngàn m3/s Có thể nói trong khoảng 5+6 năm trữ

lại đây, tốc độ xây dựng các đập cao, hồ chứa lớn phát triển nhanh Chúng ta

đã nhanh chóng áp dụng thành công những công nghệ thiết ké, thi công tiên

tiến của thé giới để xây dựng các công trình đầu mối ở Việt Nam như đập đá

đồ bản mặt bê tông (CFRD), đập bê tông dam lăn (RCC), đập bê tông truythống (CVC) khối lớn cấp phối liên tục Trong số đó có những đập đã được.đưa vào vận hành an toàn, về đập đá dé bản mặt có đập hỗ chứa nước thuỷ

lợi-thuỷ điện Quảng Trị, thuỷ điện Tuyên Quang; về đập CVC có đập Sẽ San

3, Sẽ San 3A; Về đập RCC có đập Plêikrông Trước đó, chúng ta cũng đã xây

dựng một số đập, hỗ chứa lớn như Hoà Bình, Thác Bà, Trị An, Thác Mơ, laly,Sông Hình, Vinh Son, Diu Tiếng, A Yun Hạ, Phú Ninh, Phủ hợp với điều

kiện địa hình, địa chất, thuỷ văn của từng công trình ma đã thiết kế nhiềudang công trình tháo lũ khác nhau trong tổng thể bổ trí công trình, bao gồm cả

trần xả mặt sông (Sẽ San 3, Sẽ San 3A, Sẽ San 4, Plêikrông, A Vương, Bản

Chat, Huội Quảng, ), xả mặt kết hợp với xả sâu (Hoà Bình, Sơn La, Tuyên

Quang), đường trần dọc (laly, Sông Hinh, Hàm Thuận-Đa Mi, Tuyên Quang,

Rào Quán, Đại Ninh, )

`Về hình (hức tiều năng sau công trình tháo nước, thường có 3 dang tiêunăng được ấp dụng

- Tiêu năng day: Đặc điểm tiêu năng bằng đông đáy là lợi dung sức cản

nội bộ của nước nhảy, Có thé áp dụng kiểu bể, hay tường + bể kết hợp Biện pháp tiêu năng đáy thường được áp dụng cho các công tỉnh vừa và nhỏ, mựcnước hạ lưu tương đối lớn, địa chất nền công trình thường là đá

A Lưới, ) Loại hình này dim bảo tiêu tắn hết năng lượng dur nhưng đồi hỏikhối lượng xây lắp khá lớn, giá thành cao, đặc biệt đối với các công trình cóquy mô lớn.

- Tiêu năng mặt: Dòng chảy hình thức tiêu năng này ở trạng thai chảy

mặt, chỉ sau khi mở rộng hoàn toàn mới đạt đến đáy Nhìn chung, với chế độ

chảy mặt ở hạ lưu tạo thành sóng giảm din làm xói lở ở vùng này Thườngđộng năng thừa phân tán trên một chiều dài lớn hơn so với chế độ chảy đáy.

a

cố hạ lưu hay giảm chiều dai gia cố, mực nước ha lưu cao va thay đổi ít

lộ chảy mặt có thể áp dụng trong trưởng hợp nên đá, khi không cần gia

- Tiêu năng bằng dòng phun xa: Tiêu năng phóng xa được lợi dụng mũi

phun ở chân đập hoặc cuối đốc nước để dòng chảy có lưu tốc lớn phóng xa

khỏi chân da Đây là hình thức tiêu năng được dùng khá phổ biến, đặc biệt

trong các công trình xả có cột nước cao Tiêu năng dòng phun xa được chia làm hai loại cơ bản theo đặc điểm kết cấu mũi phun:

+ Mũi phun liên tục: đặc điểm dòng phun là 1 đông chảy không có sự va

đập với nhau trong quá trình bay trong không khí, dòng đổ xuống hạ lưu do

năng lượng tiêu hao ít nên gây ra vận tốc và sóng lớn ở hạ lưu Mặt khác, dòng phun là dòng chảy tập trung ít trộn khí nên tong trường hợp cột nước cao, ty lưu lớn sẽ làm cho chiều sâu xói lớn

+ Mũi phun không liên tục (hay mũi phun 2 ting): là loại mũi phun tạo

nên các dng phun va đập vào nhau trong quá trình bay trong không khí, dòng

đặc tập trung được phân tán thành nhiều dòng rơi xuống mặt nước hạ lưu.Nang lượng dng chảy được tiêu hao nhiều nên vận tốc và sóng ở hạ lưu nhỏ,

do đó giảm chiều sâu xói và khối lượng gia cố ở hạ lưu

Đối với hình thức tiêu năng bằng dong phun ở chân đập đã được thiết kế

ở một loạt các công trình có đập bê tông (CVC và RCC) như Sẽ San 3,Plêikrông, Sé San 3A, A Vương, Bản Vẽ, Bản Chat, Hugi Quảng, Đồng Nai

3, Đồng Nai 4, Hình thức tiêu năng bằng mỗi phun cuối đốc nước cũngđược áp dụng cho một loạt các công trình xả cột nude cao, lưu lượng lớn như: Ialy, Hàm Thuận-Đa Mi, Tuyên Quang, Sơn La, Cửa Đạt

Hoà | 296 | 740 | 270 | 40 Đập

1.2.4.2 Đặc điểm dòng chảy ở hạ lưu đập tràn

Dòng chảy từ thượng lưu qua đập tràn nối tiếp với dòng chảy ở hạ lưucông trình bằng các hình thức khác nhau: nối tiếp chảy đáy, nồi tiếp chảy mat,

nối tiếp phóng xa.

Đặc điểm dòng chảy ở hạ lưu đập trin đó là

~ Có lưu tốc lớn lại phân bố không đều trên mặt cắt ngang

~ Mực nước hạ lưu rat không én định.

= Mạch động áp lực và mạch động áp suất dong chảy xảy ra với mức độ

cao, Thường sau một đoạn đài nhất định lưu tốc trở về trang thái phân bổ bình

thường, nhưng mạch động áp lực phải sau một đoạn dài hơn nhiều mới trở vẻ trạng thái bình thường.

~ Có nhiều khả năng xuất hiện dòng chảy ngoẫn nghèo, dòng xiên, nước.

nhảy sóng.

Tir những đặc điểm đó ma ở hạ lưu công trình thường xảy ra các hiện

tượng xói cục bộ, xâm thực, xói lở nghiêm trọng ảnh hưởng đến an toàn

công trình.

‘Tir sự phân tích trên ta thấy việc nghiên cứu chế độ thuỷ lực giải quyếtvấn đề tiêu năng ở hạ lưu công trình là một trong những công việc quan trọng

nhất của tính toán thiết kế công trình thuỷ lợi

124 “Tiêu năng hạ lưu đập tràn

Đông chảy sau khi qua công trình trim xuống hạ lưu có năng lượng thừarất lớn Năng lượng đó được tiêu hao bằng nhiều dạng khác nhau: một phan

năng lượng này phá hoại lòng sông và hai bờ gây nên xói lở cục bộ sau đập,

một phần tiêu hao do ma sát nội bộ ding chảy, phần khác tiêu hao do ma sát

giữa nước và không khí Khi sức cản nội bộ dòng chảy cảng lớn thì tiêu hao năng lượng do xói lở cảng nhỏ và ngược lại Vì vậy người ta thường dùng

biện pháp tiêu hao năng lượng bằng ma sát nội bộ dòng chảy đẻ giảm kha

năng xói lở lòng sông hoặc dùng hình thức phóng xa làm cho nước hỗn hợp.

và ma sit với không khí có tác dung tiêu năng lượng và giảm xói lỡ Để đạt mục đích đó, thường ding các hình thức tiêu năng sau:

~ Tiêu năng bằng dòng day (hình 1-2a, hình 1-2b);

~ Tiêu năng bằng dòng mặt không ngập (hình 1-2

~ Tiêu năng bằng dong mặt ngập (hình 1-2);

~ Tiêu năng bằng dong phun xa (hình 1-2e).

Nguyên lý co bản của các hình thức tiêu năng trên là làm cho dòng chảytiêu hao năng lượng bằng ma sat nội bộ, phá hoại kết cau dòng chảy bằng xáo.

trộn với không khí, khuếch tin dong chảy theo chiều đứng, phương ngang và

để giảm lưu lượng đơn vị Các hình thức tiêu năng đó có liên quan lẫn nhau.Khi mực nước ha lưu thay đổi, các hình thức đó có thể chuyển hoá lẫn nhau

Hình 1-2: Các dang tiêu năng ở hạ lưu đập tràn

A iéu năng bằng dong đáy

Đặc điểm của hình thức tiêu năng bằng ding đáy (hình 1-2a, 1-2) là lợi

dụng nội ma sát của nước nhảy để tiêu hao năng lượng thửa Đây là hình thứcthường được sử dụng nhất trong xây dựng công trình thuỷ lợi Điều kiện cơ bảncủa hình thức tiêu năng này chiều sâu nước ở hạ lưu lớn hơn chiều sâu liên hiệp

thứ hai của nước nhảy hy>h.” để đảm bảo nước nhảy ngập và tiêu năng tập trung.

Để tiêu năng dòng đáy thường dùng các biện pháp công trình sau:

~ Tiêu năng bằng bé tiêu năng;

~ Tiêu năng bằng tường tiêu năng;

~ Tiêu năng kết hợp cả tường và bể

"Trong tiêu năng dòng day, lưu tốc ở đáy rt lớn, mach động mãnh liệt nó.

đạt giá trị lớn về cả tan số và biên độ, có khả năng gây xói lỡ, vì thé trong khu

vực nước nhảy và đoạn nối tiếp theo sân sau cần phải bảo vệ thích đáng Để

tăng hiệu quả tiêu năng, người ta thường bố trí thêm trên sân sau các thiết bịphụ như tường, mé, ngưỡng tạo tường phân dòng chảy để khuếch tán đều.dòng chảy ở hạ lưu, ting ma sắt giữa ding chảy với các thiết bị đó làm tiêu

hao một phần năng lượng Tiêu năng dòng đáy thường dùng với công trình cócột nước thấp, địa chất nền tương đối kém

B Tiêu năng bằng dong mat

"Với hình thức tiêu nang này, đồng chảy ở trạng thái chảy mặt, chỉ sau

khi mở rộng hoàn toàn mới đạt đến đáy Kinh nghiệm cho thấy hình thức tiêu

năng này là đạt hiệu quả tiêu năng không kém nhiều so với hình thức tiêu

ning đáy, nhưng kết cấu công trình được rút ngắn (chiều dài sân sau ngắn hon

1⁄2 + 1/5 lần), đồng thời do lưu tốc ở đáy nhỏ nên có thể giảm chiều day sân.sau, thậm chí trên nền dé cứng không cần làm sân sau

Trang thái dòng chảy ở hạ lưu đập tràn có bậc thụt (hình 1-2) phụ thuộc

vio mực nước hạ lưu, bao gồm:

~ Trạng thái thứ nhất: Khi mực nước hạ lưu thấp hơn đỉnh bậc thụt, tức

hy<a, đồng chảy ở hạ lưu là dòng chảy phóng xa (hình 1-2e)

‘ang thái thứ hai: Khi cột nước hạ lưu hy nhỏ hơn độ sâu giới hanthứ nhất bạu : hạ hạu, dòng chảy ở trạng thái chảy đáy (hình 1-2b), lúc đó cóthé là nước nhảy ngập hoặc nhảy xa tuỳ theo h ” và hy

- Trạng thái thứ ba: Gọi là dòng chảy mặt không ngập, khi cột nước hạ

lưu ở trạng thái giữa độ sâu giới hạn thứ nhất hạ: và độ sâu giới hạn thứ hai

haw (hình 1-2): gu <hyshean

Lúc này, độ sâu nước hạ lưu cần phải lớn hơn h.’” của nước nhảy day,

đồng thời hụ>a (a-chiễu cao bậc thyt, xem hình 1-2; a = 0,25 +0,35 chiều cao

đập) Trạng thai dong chảy chịu ảnh hưởng rit lớn của góc nghiêng Ø ở chân

đập Nếu 0 lớn quá có thể sinh ra chảy phóng xa, nếu 0 nhỏ quá có thể xuất

hiện dòng chảy đáy Thường dùng Ø = 10°+: 15 là thích hợp.

Hình thức tiêu năng dòng mặt không ngập thích hợp với đập tran có tháo các vật tôi nỗi để tránh các vật trôi nỗi va chạm vao sân sau hoặc thân đập Tuy nhiên nhước điểm của hình thức tiêu năng này là làm việc không ổn định khi mực nước hạ lưu thay dỗi lớn; ở hạ lưu có sóng làm ảnh hưởng không tốt tới chế độ làm việc của nha máy thuỷ điện, vận tải thuỷ và xói lở bờ sông và

yêu cầu mực nước hạ lưu phải sâu

- Trạng thái thứ tu: Dòng chảy mặt ngập, khi cột nước hạ lưu lớn hơn

độ sâu đi hạn thứ hai (hình 1-24): h;>hau Nhược điểm của hình thức tiêu năng này là dòng chảy gây lực xung kích lớn ở mũi chân đập gây ảnh hưởng

và de doa sự ổn định của bờ, dé sinh nước nhảy phóng xa, sân sau làm việcvới chế độ thay đổi liên tue

€ tu năng bằng dòng phóng xa (tiêu năng phóng xa)

"Tiêu năng phóng xa được lợi dụng mũi phun ở chân đập để dòng chảy có

ưu tốc lớn phóng xa khỏi chân đập (hình 1-2e).

Hình thức tiêu năng này bao gồm hai phần: một phần lợi dụng ma sắt vớikhông khí dé tiêu hao, phần còn lại sẽ được tiêu tin bởi lớp nước đệm hạ lưu

Do lưu tốc cao, ma sát lớn làm mức độ ¡ của dỏng chảy tăng lên, không khí

trộn vào nước cảng nhiễu Dang chảy cảng khuếch tan lớn trong không khí và

cảng trộn lẫn nhiều trong không khí thì năng lượng được tiêu hao càng lớn

Đông chảy phóng xa xuống hạ lưu gây nên xói lở, sau khi hổ xói đạt đến một

49 sâu nhất định thì năng lượng thừa của dòng chảy được hoàn toàn tiêu hao

bằng ma sát nội bộ, do đó nếu mực nước hạ lưu cảng lớn và khả năng morộng của đòng phóng xa cảng nhiều thì mức độ xói lờ lòng sông càng giảm,

Đồng thời do dong chảy phóng khỏi chân đập tương đối xa nên dù có xói lởcục bộ đáy sông hạ lưu cũng ít hanh hưởng nguy hại đến an toàn của đập Cấu

tạo của hình thức tiêu năng phóng xa đơn giản, thường dùng với công trình có

cột nước cao và điều kiên địa chất tốt tuy nhiên nó có một số han chế: hố xói

do dòng phun tạo ra có thé hạ thấp mực nước hạ lưu làm ảnh hưởng đến nhucầu dùng nước, ở mai phun có thể xảy ra khí thực, dòng phun tạo ra sương

mủ ảnh hưởng đến giao thông va môi trường xung quanh

Trong các hình thức tiêu năng trên, thì hình thức nồi tiếp tiêu nang dongđáy và nối tiếp tiêu năng kiểu phóng xa có điều kiện làm việc én định và được

sit dung rộng rãi trong các công trình thuỷ lợi ở nước ta

Ngoài các hình thức nối tiếp va tiêu năng ở hạ lưu các công trình thuỷ lợi

ở trên, với những dòng chảy có lưu tốc lớn, để tăng cường tiêu hao hiệu quả

năng lượng thừa, người ta còn sử dụng các thiết bị tiêu năng phụ Tuy nhiên

cần phải chú ý đến các hiện tượng xâm thực do khí thực hoặc mai mòn xảy raphá hoại các thiết bị tiêu năng phụ và hiện tượng các vật nỗi va đập vào cácthiết bị này Do vậy để bố trí thiết bị tiêu năng phụ được hiệu quả thường

được kiểm nghiệm qua thí nghiệm mô hình.

1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN LÝ THUYET VE.

TIEU NANG DAYThiết kể tiêu năng phòng xói là một van đẻ khó, chưa có lời giải chính

xác hoàn toàn Hiện nay nghiên cứu tiêu năng đã có nhiều phương pháp, cácphương pháp có thể ứng dụng độc lập hoặc phối hợp với nhau

1.3.1 Phương pháp lý luận

Đồng chảy hạ lưu ở khu vực tiêu năng rit phức tạp, nên chưa có phương,

pháp phân tích toán học chính xác, hiện nay vẫn dùng các công thức suy diễntir ly luận kết hợp với các hệ số hiệu chỉnh bằng thực nghiệm Cũng có thể dùng công thức bán thực nghiệm sau đó tiến hành phân tích định tính cuối cùng mới đùng công thức kinh nghiệm để tinh toán.

Với các công trình nhỏ, bố trí các bộ phận chủ yếu gần với sơ đỗ lýthuyết có thể dùng các công thức thuỷ lực học dé tính Đồi với các công trình

lớn và vừa sau khi dùng công thức thuỷ lực tính toán phải tiến hành nghiệm chứng bằng mô hình thuỷ công.

'Trong các bài toán tiêu năng phòng xéi, sử dụng các công thức toán học.

hoặc công thức kinh nghiệm đều bị giới hạn bởi phạm vi ứng dung, giải quyết

và phân tích bằng số học có khó khăn, khi suy dién công thức lý luận cần các.giả thiết để đơn giản hoá Khi giải các phương trình phải bỏ di các số hạngbậc cao Vì vậy các kết quả tính toán theo công thức lý luận thường có giá trịgin đúng Các công thức kinh nghiệm đáng tin cậy nhưng phạm vi sử dụng

cũng có giới hạn không thể mở rộng ạp dụng được.

1.3.2 Phương pháp thực nghiệm mô hình

Mô hình thí nghiệm mô phỏng được công trình thực tế kể cả trogn

kiện phức tạp mà kết quả rất gần với thực tế Bằng thực nghiệm giải quyết

những vấn dé thực tế của thiết kế, xây dựng và khai thác sử dụng công trình

thuỷ lợi mà những đề đó không giải quyết thoả đáng được bằng con

đường lý luận Từ thực nghiệm mô hình thuỷ lực iy đựng được e: công

thực thực nghiệm, kiểm tra, bổ sung và chính xác hoá các công thức lý thuyết,

kiếm tra các kết qua của mô hình toán Ngoài ra phương pháp nảy còn dùng

để kiểm chứng các kết quả có được từ phương pháp lý luận Có thể nói mô

hình thí nghiệm là mẫu của công trình thực tế, khi mô hình thí nghiệm sát với

thực tế sẽ có điều kiện tin cậy

‘Tuy nghiên các công thức thực nghiệm có phạm vi ứng dụng nhất định

và có giá trị gần đúng, bằng thí nghiệm mô hình có hiện tượng chưa thể hiệnchính xác được như hiện tượng sóng vỗ, ding chảy có hiện tượng trộn khíthường thí nghiệm không mô tả được Căn cứ vào thực nghiệm mô hình để

quyết định kích thước công trình tiêu năng đôi khi không hoàn toàn chính các,

bởi vì giữa mô hình và dòng chảy thực tế có những khác biệt, trạng thái dong

chảy và ding phát sinh có trang thái thường không thống nhất Do đó thực

nghiệm mô hình cũng không phải là phương pháp tuyệt đối

1.3.3 Phương pháp nghiên cứu trên nguyên hình.

"Nguyên hình chính là mô hình có tý lệ 1:1 Mọi điều kiện tương tự được dim

bảo Tuy nhiên dòng chảy trong thực tế lại diễn ra theo một quá trình ngoài ý kiến

chủ quan của con người, trên nguyên hình không phải lúc nào cũng có thể nghiên

cứu quan sit va do đạc các thông số được, đồng thời khi đã xây dựng xong công

trình và có sự cổ gây mắt an toàn đối với công trình thì việc sử đổi lại các kết cf

công trình và hình thức tiêu năng là vấn đề khó khăn và rắt tốn kém.

Do vậy khi nghiên cứu về tiêu năng sẽ là không đủ nếu chỉ sử dụng mộttrong ba phương pháp trên, người ta sử dụng cả ba phương pháp trên kết hợp

với nhau để tim ra phương pháp hữu hiệu Độ chính xác của phương pháp mô

kế, Tính thực

hình và tính toán đảm bảo tinh hợp lý của thiết là kiểm

nghiệm về độ an toàn của công trình Từ các số liệu quan sát nguyên hình

ngoài thực tế có các số liệu và có thể xây dựng các công thức thực nghiệm

1.4 MỘT SO GIẢI PHÁP TIÊU NANG DAY,

GHA LƯU CÔNG TRÌNH THÁO

1.4.1, Xác định lưu lượng tính toán tiêu năng,

Công trình tháo nước thường làm việc với nhiều cắp lưu lượng khác nhau

Do đó, công trình tiêu năng phải giải quyết tiêu năng tốt cho mọi cấp lưu lượng.trong phạm vi làm việc đã thiết kế, nghĩa là kích thước của công trình tiêu năng

phải đảm bảo tạo ra nước nhảy ngập (với hệ số ngập ø=1.05+1.0) với bat kỳ

trường hợp nào Để dim bảo yêu cầu đó, phải tính toán lưu lượng gây ra sự nối tiếp bất lợi nhất Lưu lượng đó là lưu lượng tinh toán tiêu năng.

"Trường hợp bắt lợi nhất là trường hợp nối tiếp bằng nước nhảy xa cóhiệu số (h, -hị) lớn nhất Khi đó, chiều dai đoạn chảy xiết là lớn nhất, do đó

phải thiết kế công trình tiêu năng với quy mô lớn nhất.

Lưu lượng tính toán tiêu năng không nhất thiết bằng lưu lượng lớn nhất

trong thực té, việc xác định lưu lượng này phải phân tích các trường hợp cụthể tuy thuộc vào mực nước thượng hạ lưu công trình

1.4.2 Xác định hình thức nối ip chảy đáy

Độ sâu tại mặt cắt co hẹp h, ở sau công trình được xác định trực tiếp

bằng phương pháp Bécnuli viết cho mặt cắt 0-0 và mặt cắt C-C (hình 1-3)

Giải pháp tiêu năng đáy ở hạ lưu công trình tháo nước

+ Trường hợp 1: Hạ lưu là đồng chảy êm

he" > bh : nối tiếp bằng nước nhảy phỏng xa

he" = hh : nỗi tiếp bằng nước nhảy phân giới

he” < hh : ni iép bằng nước nhảy ngập.

(Hình vẽ 1-3).

+ Trường hợp 2: Hạ lưu là dòng chảy xiết

he” > hh : nối tiếp giảm dan từ he - hh ( hình1-3)

he” h : bình thành ding đều ngay sau mặt cắt co hep( hình 1-3)

he” <hh : có đường dâng nối tiếp với dng đều trong kênh dẫn (hình 1-3)

"rong hình thức nỗi tiếp bằng nước nhảy phóng xa, ở sau mặt cắt co hẹp

CC có một đoạn đồng chảy xit( đường mặt nước loại C),rồi qua nước nhay

ma chuyển thành dòng chảy êm bình thường ở ha lưu Độ sâu liên hiệp thứ 2

sau nước nhảy chính là độ sâu dòng chảy bình thường ở hạ lưu Do đó biết độ sâu hạ lưu he” = hh, ta có thể tính độ sâu trước nước nháy và từ đó có thé xá

định được chiều dai đoạn chảy xiết theo phương pháp tính dòng không đều.1.4.3 Các biện pháp tiêu năng trong chế độ chảy đáy

Ta đã biết nối tiếp chảy đáy có nước nhảy xa là nguy hiểm nhất, vì vayphải tìm biện pháp khử dạng nối tiếp này chuyển nó thành nối tiếp bằng nước

nhảy ngập Tuy nhiên ding chảy sau nước nhảy ngập vẫn có vận tốc lớn ởđầy và dòng mach động kéo dai, vì vậy cho phép tạo thành nối tiếp chảy mặt

Có nhiều biện pháp và hình thức tiêu năng, trong đó biện pháp cơ bản nhất là

biến đổi chế độ nối tiếp bằng nước nhảy xa thành nổi tiếp bằng nước nhảyngập Muốn vậy, cần tăng độ sâu ở hạ lưu bằng cách:

- Đào sân sau: Tức là làm bé tiêu năng:

~ Lim tường chắn để nâng cao mực nước — Tức là làm tường tiêu năng;

~ Vừa dio sâu, vừa làm tường ~ Bễ và tường tiêu năng kết hợp.

~ Ngoài ra có trí thiết bị tiêu năng phụ - Các mồ, ngưỡng, ring

Nhiệm vụ tính toán là xác định chiều sâu bẻ, chiều cao tường tiêu năng

Chiều dài bé Ly và xác định hình thức, kích thước thiết bị tiêu năng phy

1.4.3.1 Tính bể tiêu năng (hình vẽ 1-3)

Phương pháp chung thường tính chiều sâu bé tiêu năng theo công thức:

dG he" hh-AZ q4)

Trong đó:

'h — độ sâu ha lưu khí chưa đào bẻ;

he” ~ độ sâu liên hợp với độ sâu co hẹp he tính với cao trình sân bể, với cột nước thượng lưu E0'= E0 +d

.ø — hệ số an toàn ngập, lấy khoảng 1,05 + 1,0;

he” Chênh lệch cột nước ở cửa ra của bé, tính bằng công thức:

#28) «32ge°øiE) 2x03)

ob - Diện tích mặt cắt ướt ở cuối bê, có chiều sâu hb = che”

A- Diện tích mat cắt ướt ở hạ lưu sau bể;

.ø`- Hệ số lưu tốc ở cửa ra của bổ, lấy khoảng 0,95 + 1,0;

Như vậy, trong công thức (1-4), để tính d, các số hạng he” và AZ lại phụ

thuộc vào chính an số d Do đó, bài toán phải giải bằng cách tính đúng dan

(Mình vẽ 1-3)

1.43.2 Tinh tường tiêu năng.

Chiều e của tường tiêu năng tính bằng công thức:

(Co he”-H1 (1-6)

HI: Cột nước tràn trên dinh tường, tính theo công thức tran chảy ngập:mE| ¬ Ï-z) (1-7)

1.5 NHAN XÉT CHUNGVin đề xử lý nỗi tiếp và tìm giải pháp tiêu năng phòng xối ở hạ lưu là

công việc quan trọng khi thiết kế công trình tháo Với mỗi công trình ty theođiều kiện địa hình, địa chất, mực nước hạ lưu ma lựa chọn giải pháp va tínhtoán kết cấu tiêu năng cho phi hợp Sự nồi tiếp từ thượng lưu xuống hạ lưu và.hình thực tiêu năng cần được tính toán cặn kẽ dé tránh các hậu quả bat lợi

Ở nước ta cho đến nay kết cấu tiêu năng day là một trong các hình thức

thường được sử dụng nhất Để tăng hiệu quả tiêu năng thì trên sân sau thườngxây dựng thêm các thiết bị tiêu năng dé tiêu hao năng lượng dong chảy như

mồ, ngưỡng làm cho ding chảy gây nên lực phản kích lại và giảm được he,rút ngắn chiều dài sân sau, đồng thời giảm được độ sâu đảo bể, giảm chiều.cao tường tiêu năng Nói chung các hình thức mố hoặc ngưỡng đều làm cho

dòng chảy biến động và tăng hiệu quả tiêu năng Tuy nhiên do thiết bị tiêunăng thường bổ trí ở những nơi có lưu tốc lớn nên xung quanh nó dé sinh áp

lực âm Lưu tốc càng lớn, nếu mé hoặc ngưỡng tiêu năng không thuận thi áplực cảng lớn, gây nên khí thực, phá hoại bê tông làm cho điều kiện làm việc.của thiết bị tiêu năng không tốt Điều này đòi hỏi phải có cách tính toán phù

hợp hơn và cần phải nghiên cứu cả trên mô hình thuỷ lực.

Việc xử lý nối tiếp dòng chảy ở hạ lưu va tìm giải pháp tiêu năng phòng,

xói cho công trình là cần thiết và rất phức tạp vì nó chịu sự ảnh hưởng củanhiều hiện tượng thuỷ lực bat lợi Theo hướng thí nghiệm mô hình thuỷ lực,luận văn xin được trình bày tính toán ban đầu về xác định bé tiêu năng sau

đập tràn và kết hợp với kết quả thí nghiệm sẽ chọn hình thức, kết cấu bể tiêu

năng hop lý, đảm bảo an toàn cho công trình đập tran Hạ Sé San 2.

CHƯƠNG I

TÍNH TOÁN BÉ TIÊU NANG TRAN XA LŨ HẠ SE SAN 2

2.1 GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VE CÔNG TRÌNH HẠ SE SAN 2

Ih Hạ Sẽ San 22.1.1 Khái quát chung vé công

Công trình thuỷ điện Hạ Sé San 2 nằm trên lãnh thé Campuchia, cách

biên giới Việt Nam - Capuchia khoảng 250km về phía Tây; cách điểm nhập.lưu sông Srêpôk và Sẽ San về phía hạ lưu khoảng 1,5 km; cách điểm hợp lưu.giữa sông Sêkông và sông Sê San khoảng 20km về phía thượng lưu, vùng

lồng hồ nằm hoàn toàn trong huyện Sẽ San tinh Stungstreng của Campuchia.

Thuy điện Hạ Sé San 2 là công trình cuối trong sơ đồ bậc thang phía sau hợp

lưu sông Sẽ San và Srépok.

2.1.1.1 Nhiệm vụ công trình

Tạo nguồn điện cung cấp cho phát triển kinh tế và đời sống nhân dân

khu vực tỉnh Ratarakin và Stungtreng ngoài ra còn cung cắp phần điện năng

cồn lại cho lưới điện Việt Nam Đầu tư xây dựng công trình thuỷ điện Hạ SẽSan 2, ngoài việc đảm bảo thực hiện được nhiệm vụ nêu trên sẽ tạo điều kiện

thuận lợi cho sự phát triển kinh tế - xã hội của khu vực như:

- Tạo nguồn bỏ sung nước cho khu vực hạ lưu vào mùa kiệt đáp ứng

nhu cầu phục vụ nước sinh hoạt và công nghiệp trong tương lai

~ Phát triển du lịch, giao thông thuỷ và đánh bắt nuôi trồng thuỷ hải sản.khu vực hồ chứa

Sau khi kết thúc xây dựng công trình, khu vực công trình Hạ Sé San 2 với các cơ sở dan cư, văn hoá, xã hội sẽ trở thành một điểm tập trung dân cư

với cơ sở hạ ting tương đối đầy đủ Hệ thống đường giao thông phục vụ thicông vận hành công trình sẽ tạo ra khả năng giao lưu vẻ kinh tế và xã hội của

khu vực xây dựng công trình với các trung tâm kinh tế, xã hội của địa phương

góp phan phát triển kinh tế khu vực

2.1.1.2 Các hạng mục cũa công trình nghiên cứu

+ Đập ding dé tạo cột nước va hồ chứa

+ Đập trần xa lũ,

+ Tuyến năng lượng.

2.1.1.3 Các chỉ tiêu kinh tẾ - kỹ thuật chính

~ Cấp công trình: Công trình cấp 1

~ Diện tích lưu vực đến tran Sê San 2: 49.200 Km’

~ Lưu lượng lũ thiết kế (P = 0,1%) 22.734 mils

~ Lưu lượng lũ kiếm tra (P = 0,02%): 28.470 mis

1 Giới thiệu về đập tràn

Cae thông số cơ bản của tràn:

~ Đập tràn thực dụng không chân không kiểu Cơ-ri-giơ -Ô -phi-xê-rôv.

+ Chiễu cao cửa van: 16,0m

2.3 TINH TOÁN XÁC ĐỊNH BÉ TIÊU NANG

1 Các số liệu ban đầu

- Đập tran thực dụng không chân không kiểu Cơ-ri-giơ -Ô -phi-xê-tôy

= MNDBT = 75,00m; MN 74,00m

~ Số khoang: n= 12

= Cao độ ngường: (+59,00)m

~ Chiều rộng 01 khoang: b = 15,0m

= Chiều cao van: 16,0m

~ Quy phạm tính toán thủy lực đập tràn QPTL-C-8-76

2.2.2 Năng lực xã của đập tran

Lưu lượng xa qua đập train thực dụng xác định theo công thúc sau:

+ Eqn: Hệ số giảm lưu lượng do ảnh hưởng mép vào tường bên

+ Gn: Hệ số giảm lưu lượng do ảnh hưởng của hình dạng mồ trụ tr

Tin-ish cop sirasectohanng

ki AT,

Bang 2-1: Bảng quan hệ mye nước thượng lưu và lưu lượng xa tổng

Q | 5000 | 9340 | 11306 | 16284 | 22734 | 28470

(mì)

Zom) | 6340 | 6672 | 6822 | 7120 | 7462 | T7192.2.3 Độ sâu dòng chảy tại cửa vào bé

Độ sâu dòng chảy tại đầu vào bể tiêu năng được xác định theo công thức:

Trongđó: — +9: là hệ số lưutốc, lấy @= 0,9

+ q: là tỷ lưu, q = Q/Bđ

+ Bd; chiều rộng kênh

+ Bo: Năng lượng tại mặt cắt phía trước trim tính với mặt

chuẩn là đáy bể tiêu năng